Evaluation of antibacterial properties and shear bond strength of orthodontic composites containing silver nanoparticles, titanium dioxide nanoparticles and fluoride: An in vitro study

ABSTRACT Objective: The study aimed at determining the antibacterial properties of composites containing silver nanoparticles (Ag NPs) or titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs), and a fluoride-releasing composite against Streptococcus mutans and Lactobacillus acidophilus, and to evaluate the effect on shear bond strength (SBS) of nanoparticles-modified composites. Materials and Methods: An orthodontic composite was modified by adding 1% w/w Ag NPs or 1% w/w TiO2 NPs. Composite discs were prepared to evaluate the antibacterial properties of these modified composites against Streptococcus mutans and Lactobacillus acidophilus, using three different antibacterial tests, namely: Disk agar diffusion test, Biofilm inhibition test and eluted component test. For evaluating the shear bond strength, 80 extracted premolars were collected and divided into four groups (n=20 each), which were bonded with stainless steel preadjusted Edgewise brackets, by using these modified composites. Their SBS was then compared with that of the control group, using a universal testing machine. Results: Composite discs containing nanoparticles and fluoride were capable of producing growth inhibition zones for all bacterial types. Results of the biofilm inhibition test showed that all the study groups inhibited the bacterial count, in comparison to the control group. A significant difference of SBS was observed between all groups. Conclusion: The antibacterial activity of orthodontic composites modified with Ag and TiO2 nanoparticles was significant, compared with conventional and fluoride-containing composites. The control group showed the highest SBS, followed by fluoride, titanium, and silver groups, with statistically significant difference in mean SBS values among all groups.

RESUMO Objetivo: O objetivo do presente estudo foi determinar a eficácia das propriedades antibacterianas de compósitos contendo nanopartículas de prata (Ag NPs) ou nanopartículas de dióxido de titânio (TiO2 NPs) e de um compósito com liberação de flúor, contra as bactérias Streptococcus mutans e Lactobacillus acidophilus e, também, avaliar o efeito na resistência ao cisalhamento (RC) desses compósitos modificados com nanopartículas. Métodos: Os compósitos ortodônticos foram modificados pela adição de 1% p/p de Ag NPs e 1% p/p de TiO2 NPs. Discos de compósito foram preparados para avaliar as propriedades antibacterianas desses grupos contra as bactérias Streptococcus mutans e Lactobacillus acidophilus, usando três testes antibacterianos diferentes: teste de disco-difusão em ágar, teste de inibição da formação de biofilme e teste de componentes eluídos. Para avaliar a resistência ao cisalhamento dos compósitos, 80 pré-molares extraídos foram coletados e divididos em quatro grupos, contendo 20 dentes cada. Foram utilizados braquetes Edgewise pré-ajustados de aço inoxidável para colagem nos dentes usando as resinas modificadas. A RC desses compósitos modificados foi comparada à dos grupos controle, usando uma máquina universal de testes. Resultados: Os discos de compósito contendo as nanopartículas e flúor foram capazes de produzir halos de inibição de crescimento para todos os tipos de bactérias. Os resultados do teste de inibição do biofilme mostraram que houve uma redução na contagem de bactérias em relação ao grupo controle. Diferenças significativas na RC foram observadas entre todos os grupos. Conclusão: A atividade antibacteriana dos compósitos ortodônticos modificados com nanopartículas de Ag e TiO2 foi significativa, quando comparada ao compósito convencional e ao compósito com flúor. O grupo controle apresentou a maior RC, seguido pelos grupos Flúor, Titânio e Prata, com diferença estatisticamente significativa nos valores médios da RC entre todos os grupos.

Ecotoxicidad de nanopartículas metálicas y superparamagnéticas de óxido de hierro en dos especies / Ecotoxicity of metalic and superparamagnetics iron oxide nanoparticles in two species

Introducción: la nanotecnología y el empleo de materiales a nano escala son un área relativamente nueva de la ciencia y la tecnología con un gran crecimiento en el mercado global. Muchos de los productos no cuentan con estudios que garanticen su uso seguro, tanto para el hombre como para los ecosistemas. Los estudios ecotoxicológicos permiten evaluar los efectos de un determinado xenobiótico sobre especies representativas de los diferentes compartimentos ambientales. Objetivo: evaluar los efectos tóxicos de nanopartículas de Ag, Au, Ag/Ag y superparamagnéticas de óxido de hierro, en dos especies bioindicadoras de los ecosistemas terrestre y acuático. Métodos: como parte de los estudios de seguridad se realizaron ensayos de toxicidad aguda por contacto en lombriz de tierra de la especie Eisenia andrei, con una duración de 96 horas y estudios en anfibios de la especie Osteopillus septentrionales en diferentes etapas del desarrollo (embrionario y larval). Se evaluó la ocurrencia de mortalidad y de efectos tóxicos, en el caso del ensayo en lombriz de tierra; se determinó además la viabilidad celular. Resultados: los efectos tóxicos más significativos en el caso de la lombriz de tierra fueron, la ocurrencia de alteraciones fisiológicas y conductuales al ser expuesta a NPs de Ag de 3 nm y superparamagnéticas de óxido de hierro, estas últimas provocaron citotoxicidad a la concentración 1,38 mg/mL. En el caso de los anfibios se evidenció toxicidad en NPs de Ag 3 nm y superparamagnéticas de óxido de hierro. Conclusiones: todas las nanopartículas mostraron efectos tóxicos en las especies bioindicadoras evaluadas(AU)

Introduction: Nanotechnology and the use of nanoscale materials are a relatively new area of science and technology with big growth in the global market. Many of these products don't have studies that guarantee their safe use, both for man and for ecosystems. Ecotoxicological studies allow the evaluation of the effects of a particular xenobiotic on representative species of the different environmental compartments. Objective: To evaluate the toxic effects of nanoparticles of Ag, Au, Ag / Ag and super paramagnetic iron oxide in two bioindicators of terrestrial and aquatic ecosystems. Methods: Acute contact toxicity tests were carried out on ground worm of the Eisenia andrei species, with a duration of 96 hours and studies on amphibians of the species Osteopillus septentrionales at different stages of development (embryonic and larval). The occurrence of mortality and toxic effects was evaluated in the case of earthworm test; cell viability was also determined. Results: The most significant toxic effects in the case of earthworms were the occurrence of physiological and behavioral alterations when exposed to 3 nm Ag of superparamagnetic iron oxide nanoparticles, where the latter caused cytotoxicity at concentration of 1.38 mg / mL. In the case of amphibians, toxicity was evidenced in Ag 3 nm nanoparticles and superparamagnetic iron oxide. Conclusions: All nanoparticles showed toxic effects in the evaluated bioindicator species(AU)

Estudo ecotoxicológico da nanopartícula de prata em Daphnia similis / Ecotoxicological study of silver nanoparticle on Daphnia similis

Objetivo ­Verificar a toxicidade da NPAg em organismos aquáticos por meio do ensaio de ecotoxicidade aguda. O aumento na produção e utilização das nanopartículas de prata (NPAg) em diversas áreas, tem provocado preocupação quanto aos impactos e riscos potenciais que estas podem causar ao meio ambiente. Métodos ­ O teste de ecotoxicidade aguda foi realizado seguindo a Norma Brasileira ABNT NBR 12713, utilizando como organismo-teste a Daphnia similis. A exposição dos organismos ocorreu em cinco concentrações de NPAg, durante 48 horas. O resultado de CE50, concentração do agente tóxico que causa imobilidade a 50% dos organismos expostos, da NPAg foi obtida pelo método estatístico de Trimmed Spearman-Karber. Resultados ­ A média da CE50 da NPAg obtidas nos três ensaios realizados foi de 4,70 µg L­1. Conclusão ­ De acordo com os resultados obtidos, a NPAg causou imobilidade a 50% dos organismos expostos na concentração de 4,70 µg L­1. Estudos devem ser continuados para melhor esclarecimento dos impactos no meio ambiente aquático.

Objective ­ To assess the toxicity of AgNP in aquatic organisms through acute ecotoxicity test. The increasing of silver nanoparticle (AgNP) production and use in several areas, has caused great concern about the potential impacts and risks that they can cause to the environment. Methods ­ The ecotoxicity tests were carried out according to the Brazilian Standard ABNT NBR 12713, using Daphnia similis as test-organisms. The organisms were exposed to five AgNP concentrations for a period of 48 hours. The AgNP EC50 result, concentration of the toxic agent which causes immobility to 50% of exposed organisms, was obtained by the statistical method of Spearman-Karber Trimmed. Results ­ The average of AgNP EC50 result from three performed tests was 4.70 µg L­1. Conclusion ­ According to the results, AgNP showed immobility to 50% of exposed organisms in the concentration of 4.70 µg L­1. Studies must be continued to better understand the impacts on the aquatic environment.

Avaliação de propriedades físico-químicas, mecânicas e antimicrobianos do MTA e cimento Portland associado a solução de nanopartículas de prata / Evaluation of physico-chemical, mechanical and antimicrobial properties of MTA and Portland cement associated with silver nanoparticles solution

A substituição do óxido de bismuto por óxido de zircônio (ZrO2) e a adição de nanopartículas de prata (NPsAg) pode favorecer as propriedades físico-químicas mecânicas e antimicrobianas. Capítulo 1: Foram avaliados pH, solubilidade, tempo de presa, radiopacidade e resistência à compressão. Grupos: G1 - MTA Angelus; G2 - CP/ZrO2; G3 - MTA/NPsAg; G4 -CP/ZrO2/NPsAg. O pH foi analisado em pHmetro digital, a solubilidade pela perda de massa e o tempo de presa pelo teste de Gilmore. A resistência à compressão foi avaliada em ensaio mecânico. Para análise da radiopacidade, as amostras foram radiografadas com uma escala de alumínio. Os resultados foram submetidos aos testes ANOVA e Tukey (p<0,05). O G3 apresentou aumento de pH e diminuição da solubilidade e tempo do presa inicial e final. O G4 apresentou diminuição da solubilidade e aumento da resistência à compressão. A radiopacidade dos materiais foi superior a 4 mmAl. As associações G3 e G4 apresentam propriedades físico-químicas e mecânicas adequadas. Capítulo 2: Bactérias na forma planctônica foram colocadas sobre o cimento fresco e a análise foi realizada em espectrofotômetro. Na avaliação antibiofilme, os materiais foram colocados em contato com biofilme de E. faecalis formado sobre blocos de dentina e analisados pela contagem de unidades formadoras de colônia. Os resultados foram submetidos aos testes ANOVA e Tukey (p<0,05). Na forma planctônica, melhores resultados foram encontrados no G2 e G4. Maior redução de biofilme foi apresentada pelos G3 e G4. A incorporação de NPsAg ao CP e MTA, melhora a atividade antibacteriana e antibiofilme dos materiais à base de silicato de cálcio.

The bismuth oxide replacement by zirconium oxide (ZrO2) and the addition of silver nanoparticles may improve the physicochemical, mechanic and antimicrobial properties. Chapter I: It was evaluated pH, solubility, setting time, radiopacity and compressive strength. Groups: G1-MTA Angelus; G2-PC/ZrO2; G3-MTA/NPsAg, G4-PC/ZrO2/NPsAg. The pH was measured with a digital pH meter, the solubility by the weight loss and the setting time was evaluated by Gilmore needle. Compressive strength was tested in universal testing machine. For radiopacity analysis material samples were radiographed alongside an aluminium step-wedge. The results were submitted to ANOVA and Tukey tests (p<0.05). The G3 showed a pH increase and a decrease of solubility and initial and final setting time. The G4 showed a decrease in solubility and an increase of compressive strength. All materials presented radiopacity greater than 4 mmAl. The G3 and G4 associations showed good physicochemical and mechanical properties. Chapter 2: For the first test bacterias in planktonic form were placed over fresh cement, and the analysis was performed in spectrophotometer. Also for the antibiofilm test, the samples were placed in direct contact with E. faecalis biofilm previously induced on bovine dentine and analysed by the counting of colony-forming units. The results were submitted to ANOVA and Tukey tests (p<0.05). On the planktonic form, the best results were showed by G2 and G4. The greater reduction of biofilm were showed by G3 and G4. The incorporation of NPsAg to PC and MTA improves the antibacterial and antbiofilm activity of calcium silicate cements